[发明专利]基于CT图像的肘关节屈伸三维运动分析方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于CT图像的肘关节屈伸三维运动分析方法及装置、计算机设备、计算机可读存储介质，该方法包括：获取至少一个姿态下，肘关节不同高度的多张CT图像；根据获取的CT图像计算得到肘关节的三维模型，包括肱骨模型和尺骨模型；在肱骨模型表面，由肱骨滑车凹槽的两个凹侧面的相交线确定第一空间曲线，并以人体结构的冠状面将第一空间曲线分为两段；在尺骨模型表面，由尺骨滑车切迹的两个凸侧面的相交线确定第二空间曲线；固定肱骨模型，转动尺骨模型，且在转动过程中，始终令两段第一空间曲线同时与第二空间曲线相切，分析肘关节屈伸三维运动。本发明的方案能够反映出肘关节真实的三维运动模式。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，尤其涉及一种基于CT图像的肘关节屈伸三维运动分析方法及装置、计算机设备、计算机可读存储介质。

背景技术

肘关节是人体较为复杂的一个复合关节，其主要运动为屈伸三维运动。该运动包含的滑动和传动，与肘关节的肱骨和尺骨结构有关，由于提携角的存在，尺骨的运动轨迹与肱骨不共面，可认为运动过程中肘关节轴线时刻发生着变化。

目前，在外骨骼研究领域，人体屈伸运动关节处设置的外骨骼通常采用固定的运动轴线，忽略了人体关节生理结构，容易造成外骨骼和人体协调运动不平顺。在运动医学和生物医学测量领域，各种技术已经广泛用于上肢建模研究，包括电磁式运动捕捉、机械式运动捕捉和高速相机拍摄等。但这些方法都是基于标记物真实模拟了骨骼运动的假设，需要将标记物嵌入或固定在皮肤和骨骼中，而这些标记物一定程度上限制了关节的实际运动，并且整体操作过程较为复杂。

因此，针对当前研究肘关节屈伸三维运动的方法复杂度高、提取结果不准确的问题，需要一种更为有效的分析肘关节运动的方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种能够在不干扰关节实际运动的情况下分析肘关节屈伸三维运动的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于CT图像的肘关节屈伸三维运动分析方法，包括如下步骤：

S1、获取至少一个姿态下，肘关节不同高度的多张CT图像；

S2、根据获取的CT图像计算得到肘关节的三维模型，包括肱骨模型和尺骨模型；

S3、在所述肱骨模型表面，由肱骨滑车凹槽的两个凹侧面的相交线确定第一空间曲线，并以人体结构的冠状面将所述第一空间曲线分为两段；在所述尺骨模型表面，由尺骨滑车切迹的两个凸侧面的相交线确定第二空间曲线；

S4、固定所述肱骨模型，转动所述尺骨模型，且在转动过程中，始终令两段所述第一空间曲线同时与所述第二空间曲线相切，分析肘关节屈伸三维运动。

优选地，所述步骤S1还包括对获取的各张CT图像进行降噪预处理，进行肘关节区域的图像分割与边缘提取。

优选地，所述步骤S2中，计算得到肘关节的三维模型时，将同个姿态、不同高度的多张CT图像按高度顺序叠加，并插值计算。

优选地，若所述步骤S1中，获取两个及两个以上姿态下的CT图像，所述步骤S2中，计算得到肘关节的三维模型时，先将一个姿态、不同高度的多张CT图像按高度顺序叠加并插值计算，得到初步的三维模型，再根据不同姿态的各CT图像修正初步的三维模型。

优选地，所述步骤S4中，转动所述尺骨模型时，将所述尺骨模型的鹰嘴部和所述肱骨模型的鹰嘴窝部的接触，以及所述尺骨模型的冠突部和所述肱骨模型的冠突窝部的接触，作为转动所述尺骨模型的限位。

本发明还提供了一种基于CT图像的肘关节屈伸三维运动分析装置，包括：

图像模块，用于获取至少一个姿态下，肘关节不同高度的多张CT图像；

建模模块，用于根据获取的CT图像计算得到肘关节的三维模型，包括肱骨模型和尺骨模型；